一种带故障自检显示的太阳能路灯控制系统

白金柯 张翼飞

摘要：随着可持续发展战略的提出以及人们节能环保意识的不断提高，加大太阳能资源的开发与利用越来越成为解决我国能源问题的一大途径。本文针对太阳能路灯控制系统中常见的一些故障问题，提出了一种带故障自检显示的太阳能路灯控制系统。

关键词：太阳能 故障显示 单片机 设定参数 温度传感器

0 引言

随着我国社会经济发展步伐的不断加快，能源问题逐渐成为制约我国经济和社会可持续发展的重要因素。因此，我国越来越重视开发和利用可再生能源，并将加大可再生能源的开发与利用作为推进社会经济发展进程的一项重大举措。目前，太阳能资源作为一种清洁高效的可再生资源被广泛应用至照明领域，一方面实现了太阳能资源的高效利用，解决了能源不足问题；另一方面还有效地优化了能源结构，减少了环境污染。但传统的太阳能路灯控制系统无法对太阳能蓄电池进行监控，不具备故障显示和检测功能，直接影响了路灯控制系统的正常运行。因此，针对这个问题本文提出一种控制系统，可以自动检测故障并显示故障点。

1 工作原理

本控制系统借助微处理器芯片对太阳能路灯的电池电压、蓄电池电压、灯头支路电流进行取样检测，并根据各点的数据显示情况合理调控电池的输入和输出量，实现了蓄电池充电、放电、温度补偿的一体化。在实际运行过程中，该太阳能路灯控制系统通过控制软件对系统的工作状态、工作模式、故障位置等进行实时控制，故障处理效率较高。

这一太阳能路灯控制系统以微处理器为核心，用户可直接将相关系统参数输入系统。微处理器根据系统设定参数调节蓄电池的电压和电流，并及时发出输入和输出信号，同时系统还可以通过温度传感器进行温度补偿。此外，微处理器系统还配有实时时钟电路RTC、看门狗、后备锂电池和LCD显示。控制系统结构详见图1。

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图1 控制系统结构图

2 硬件系统设计

2.1 硬件系统及其设计 系统采用单ATMEL微处理器芯片，可以有效地提升系统的存储空间，同时内设高精度、高智能化的振荡器以及看门狗复路点位，实现了对系统故障的实时监控。在进行充电和放电控制时，系统必须通过远程设备进行操作，并发出相应控制命令，将电信号传递至各系统结构。该系统功率控制单元由太阳能电池电压电流测量、蓄电池电压电流测量、蓄电池电流控制功率管和多路模拟开关组成。在工作中，系统始终保证充电流程的最优化，实现蓄电池的高效充电。

2.2 太阳能电池的电压检测与控制 利用电路采样点对蓄电池电路进行采样，通过差模输入和端口转换等方法有效避免了干扰情况的出现，大大提高了测量数据的准确度。同时，该系统还根据实际电流的输入和输出情况设置了分压电路，以防止电流输送过程中脉动杂波对采样电压造成影响。

2.3 负载电流取样检测 本电路核心是采用模拟比较器LM339，利用TL431提供基准电压。在灯头与地之间取样，采用PA6取样芯片，保证支路突变信号反映敏捷，可以保证传输到微处理器芯片输入信号的稳定性，通过取样电压与基准电压比较，及时发现其中问题。灯头支路一旦发生过载等异常状况，微处理器芯片就能及时使支路中的场效应管截止，实施系统保护。

3 软件设计

本太阳能路灯控制系统中，系统可以根据单片机RAM对应位置的分配情况准确读取用户工作数据，并根据数据判断是否运行开灯程序。一般地，系统的工作模式由安装测试工作模式、光控开关模式、故障分析判断模式、分段节能控制模式等部分组成。

故障分析判断程序可以及时有效地诊断出太阳能蓄电池和路灯灯头的故障，以便技术维修人员进行维修处理。

4 结束语

本文提出的这种带故障自检显示功能的太阳能路灯控制系统，可以对蓄电池的充电电流和负载电流实施监控，有效地提高了蓄电池的使用时间，同时它还能及时检测出系统故障，减少了工人的工作量。该系统可以使蓄电池的充电效率提高7%以上，增加了其使用寿命。

此外，系统还具有强大的故障检测与保护功能，一旦灯头支路发生过载等异常状况，微处理器芯片就能及时使支路中的场效应管截止，实施系统保护。

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